食品中の水分と水分含有量測定

水分分析は、入荷検査、品質管理、生産、保管から新製品の開発まで、食品産業のあらゆる分野で重要な役割を果たしています。また、水分含有量測定は原材料のコストを決定し、完成品の利益率に影響を与えることも少なくありません。ほぼ全ての場合において、調理された原料や原材料は、可能な限り最良のレシピ、味、一貫性、外観、保存性を提供する最適な水分含有量を有している。

乾燥しすぎた物質は、生産工程で静電気放電の問題を引き起こしたり、最終製品の安定性に影響を及ぼす可能性がある。一方、水分が多すぎる物質は、凝集してパイプや機械を詰まらせたり、保存期間の短縮につながる可能性がある。

水分測定は一貫した製品品質を保証します。食品業界は、均一な品質の製品を大量に生産しながらも、コストを最小限に抑えるというプレッシャーに常にさらされています。信頼性が高く迅速な水分測定メソッドにより、生産現場の食品技術者は迅速に対応し、生産の中断や一時停止を回避することができます。

水の環境、性質、物理的状態はサンプルごとに大きく異なる可能性がある。温度、圧力、結合によってサンプル内の水の物理的状態が変化するため、各分析の複雑さが増し、データの分析が正しく行われないと、結果が混乱する可能性がある。例えば、炭水化物は50℃という低い温度で分解することがあり、その際に化学反応を起こして水分を放出し、測定された総水分含有量に加算される。しかし、この "添加された水分 "を食品の水分含有量と見なすべきではない。

国際規格や国内規格は、商業的に販売される製品の許容水分含有量基準値を定めている。BRC（British Retail Consortium）、IFS（International Featured Standards）、GFSI（Global Food Safety Initiative）、ISO（International Organization for Standardization）、AOAC（Association of Official Agricultural Chemists）などの規制当局や規格は、食品の生産、加工、販売に関する規制を強化している。このため、品質保証や品質管理に必要な作業が増え、より近代的で効率的なソリューションが求められている。

多くの食品製造業者は、製品の品質を保証するために、測定精度、信頼性、トレーサビリティについて厳しい基準を設けている。これらのSOP（標準作業手順書）には、サンプル量、必要な測定回数、最大許容偏差、科学者がエラーを発見した場合の手順など、サンプル調製と測定プロセスが記述されています。

品質管理担当者は重量法、化学的、物理的方法を用いて水分含有量や含水量を測定します。

• 熱重量法は、計量された試料の乾燥前後の質量変化を測定する。乾燥減量という用語は、質量の総損失を意味する。さらに分析を進めることで、水分、その他の揮発性物質、または分解生成物のみが放出されたかどうかを判断することができる。
• 化学的方法では、水と水に特異的な試薬との間で化学反応が起こる。反応中に変換される水の量は、消費される試薬の量に比例する。この原理に基づく最も有名な方法は、カールフィッシャー水分計である。
• 物理的方法は、分離技術や水の物理的性質を利用して水分含有量を分析する。これらの間接的測定法は、水分率測定に使用する前に、参照標準または一次法（カールフィッシャー滴定など）に対する校正を必要とします。二次法（近赤外分光法など）は、校正に使用した方法の精度（再現性）と同程度の精度しか得られません。

メトラー・トレドは、熱重量測定法および化学反応に基づく測定法のための装置とソフトウェアを提供しています。

乾燥オーブン法と水分計は、ロス・オン・ドライと呼ばれる熱重量計の原理に従って動作します。これらは水分または乾燥含有量を測定するもので、その結果は水分に特有なものではありません。

オーブン法による測定原理は単純です。乾燥前後のサンプルのマスコンパレータの変化を比較し、重量損失は水分であると仮定します。

メトラー・トレドのMS-TSとXPR計量天秤は、差分計量アプリケーションを搭載しており、ロスオンドライのワークフローを合理化できます。

水分計は、天秤と加熱ユニットの2つのコンポーネントで構成されています。測定プロセスは、サンプルの開始重量を記録することから始まります。その後、ハロゲンランプで試料を加熱・乾燥させながら、内蔵の天秤が試料の重量を記録します。サンプルの重量減少が止まると、装置は自動的に停止し、重量減少から水分含有量を計算します。技術者は、水分計を使用して2～20分で迅速に結果を得ることができます。

メトラー・トレドのHS 153またはHC 103水分計は、操作が簡単で、迅速かつ信頼性の高い水分含有量の結果を提供し、長寿命を保証するために頑丈に作られています。実験室や生産現場での使用に最適です。HX204水分計は、水分含有量の少ない試料や規制の厳しい産業用として最適です。

水分率測定には、オーブン法を用いた乾燥減量法がよく用いられます。ハロゲン水分計を使えば、水分計の原理を利用して水分含有量を迅速に測定することができます。ハロゲン水分計は、2つの方法の結果が同等であれば、乾燥オーブン法に取って代わることができます。

熱重量分析（TGA）は水分測定のもう一つの選択肢です。TGAは加熱炉とウルトラ天秤を利用し、制御された雰囲気中で試料を加熱しながら連続的に計量します。試料が加熱されると、時間または温度の関数としてデータが得られ、乾燥減量よりもはるかに多くの情報が得られます。スタンドアローンのTGAではサンプルの水分含有量測定しかできませんが、TGAを進化したガス分析システムと組み合わせることで、材料の水分含有量を測定したり、乾燥プロセス中に放出されるガスを特定したりすることができます。

カールフィッシャー法は、水に対して選択的で、正確な標準法として認められています。微量分析（容量法滴定）や高含水率分析（水分量法滴定）に適しています。適切なサンプルチェンジャーを使用した広範な自動化の機会により、このプロセスは非常に高いサンプルスループットを可能にします。

• 滴定装置 ExcellenceT5、T7、T9は、電量法滴定や容量法滴定を含む幅広い滴定アプリケーションに対応します。
• 容量法コンパクトカールフィッシャー滴定装置は、幅広い水分量アプリケーションに対応し、100 ppmから100%の水分まで、迅速かつ正確に測定できます。
• 電量法カールフィッシャー滴定装置は、1ppmから5％の低含水量の試料を特に高速かつ正確に滴定します。
• EasyPlus KFVは、特に食品業界の容量法カールフィッシャー定置のニーズを対象としており、100ppmから100%の水分まで正確に測定できます。
• In Motion™ カールフィッシャーオーブン自動滴定装置は、カールフィッシャー水分計のためのサンプリングと気相抽出の自動化を可能にします。

最適なメソッドの選択は、試料の物理的・化学的特性（種類、量、数、推定水分含有量など）、アプリケーションのニーズ（測定速度、自動化など）、規制要件（精度など）、さらに製品や製造工程に特有の基準によって異なります。

重量測定は常に乾燥減量法であり、試料の総揮発分（水分を含む）を測定します。対照的に、カールフィッシャー水分計または物理的方法は水に特有であり、試料の水分含有量を測定する。

重量法は、水分の結合が弱い物質に適しています。例えば蜂蜜では、水分は水素化によって糖分子に強く結合している。その結果、水分含有量の重量測定には時間がかかるが、カールフィッシャーではわずか数分でハチミツの水分含有量を測定できる。

適切な水分率測定メソッドを選択することはデリケートであり、万能の解決策はありません。しかし、以下の質問に「はい」と答えるなら、カールフィッシャーは乾燥減量法よりも良い選択肢です。

水分のみを測定する必要がありますか？

製品に微量以上の揮発性物質が含まれていて、水分の測定値を歪める可能性がありますか？

水分含有量が非常に低い製品ですか？